Скорость волны в вакууме


Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1864 году. Максвелл проанализировал все известные к тому времени законы электродинамики и сделал попытку применить их к изменяющимся во времени электрическому и магнитному полям. Он обратил внимание на ассиметрию взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями. Максвелл ввел в физику понятие вихревого элеетрического поля и предложил новую трактовку закона электромагнитной индукции, открытой Фарадеем в 1831 г.:

Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты.

Максвелл высказал гипотезу о существовании и обратного процесса:

Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле.

Рис. 2.6.1 и 2.6.2 иллюстрируют взаимное превращение электрического и магнитного полей.


Скорость волны в вакууме

Рисунок 2.6.1.

Закон электромагнитной индукции в трактовке Максвелла

Скорость волны в вакууме

Рисунок 2.6.2.

Гипотеза Максвелла. Изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле

Эта гипотеза была лишь теоретическим предположением, не имеющим экспериментального подтверждения, однако на ее основе Максвеллу удалось записать непротиворечивую систему уравнений, описывающих взаимные превращения электрического и магнитного полей, т. е. систему уравнений электромагнитного поля (уравнений Максвелла). Из теории Максвелла вытекает ряд важных выводов:

1. Существуют электромагнитные волны, то есть распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы Скорость волны в вакууме и Скорость волны в вакууме перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны (рис. 2.6.3).


Скорость волны в вакууме

Рисунок 2.6.3.

Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна. Векторы  ,    и  Скорость волны в вакуумевзаимно перпендикулярны

2. Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью

Скорость волны в вакууме

Здесь ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε0 и μ0 – электрическая и магнитная постоянные:

ε0 = 8,85419·10–12 Ф/м,

μ0 = 1,25664·10–6 Гн/м.

Длина волны λ в синусоидальной волне свявзана со скоростью υ распространения волны соотношением λ = υT = υ / f, где f – частота колебаний электромагнитного поля, T = 1 / f.

Скорость электромагнитных волн в вакууме (ε = μ = 1):

Скорость волны в вакууме

Скорость c распространения электромагнитных волн в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных.


Вывод Максвелла о конечной скорости распространения электромагнитных волн находился в противоречии с принятой в то время теорией дальнодействия, в которой скорость распространения электрического и магнитного полей принималась бесконечно большой. Поэтому теорию Максвелла называют теорией близкодействия.

3. В электромагнитной волне происходят взаимные превращения электрического и магнитного полей. Эти процессы идут одновременно, и электрическое и магнитное поля выступают как равноправные «партнеры». Поэтому объемные плотности электрической и магнитной энергии равны друг другу: wэ = wм.

Скорость волны в вакууме

Отсюда следует, что в электромагнитной волне модули индукции магнитного поля  и напряженности электрического поля   в каждой точке пространства связаны соотношением

Скорость волны в вакууме

4. Электромагнитные волны переносят энергию. При распространении волн возникает поток электромагнитной энергии. Если выделить площадку S (рис. 2.6.3), ориентированную перпендикулярно направлению распространения волны, то за малое время Δt через площадку протечет энергия ΔWэм, равная

ΔWэм = (wэ + wмSΔt.


Плотностью потока или интенсивностью I называют электромагнитную энергию, переносимую волной за единицу времени через поверхность единичной площади:

Скорость волны в вакууме

Подставляя сюда выражения для wэ, wм и υ, можно получить:

Скорость волны в вакууме

Поток энергии в электромагнитной волне можно задавать с помощью вектораСкорость волны в вакууме, направление которого совпадает с направлением распространения волны, а модуль равен EB / μμ0. Этот вектор называют вектором Пойнтинга.

В синусоидальной (гармонической) волне в вакууме среднее значение Iср плотности потока электромагнитной энергии равно

Скорость волны в вакууме

где E0 – амплитуда колебаний напряженности электрического поля.

Плотность потока энергии в СИ измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).


5. Из теории Максвелла следует, что электромагнитные волны должны оказывать давление на поглощающее или отражающее тело. Давление электромагнитного излучения объясняется тем, что под действием электрического поля волны в веществе возникают слабые токи, то есть упорядоченное движение заряженных частиц. На эти токи действует сила Ампера со стороны магнитного поля волны, направленная в толщу вещества. Эта сила и создает результирующее давление. Обычно давление электромагнитного излучения ничтожно мало. Так, например, давление солнечного излучения, приходящего на Землю, на абсолютно поглощающую поверхность составляет примерно 5 мкПа. Первые эксперименты по определению давления излучения на отражающие и поглощающие тела, подтвердившие вывод теории Максвелла, были выполнены Петром Николаевичем Лебедевым в 1900 г. Опыты Лебедева имели огромное значение для утверждения электромагнитной теории Максвелла.

Существование давления электромагнитных волн позволяет сделать вывод о том, что электромагнитному полю присущ механический импульс. Импульс электромагнитного поля в единичном объеме выражается соотношением

Скорость волны в вакууме

где wэм – объемная плотность электромагнитной энергии, c – скорость распространения волн в вакууме. Наличие электромагнитного импульса позволяет ввести понятие электромагнитной массы.

Для поля в единичном объеме


Скорость волны в вакууме

Отсюда следует:

Скорость волны в вакууме

Это соотношение между массой и энергией электромагнитного поля в единичном объеме является универсальным законом природы. Согласно специальной теории относительности (СТО), оно справедливо для любых тел независимо от их природы и внутреннего строения.

Таким образом, электромагнитное поле обладает всеми признаками материальных тел – энергией, конечной скоростью распространения, импульсом, массой. Это говорит о том, что электромагнитное поле является одной из форм существования материи.

6. Первое экспериментальное подтверждение электромагнитной теории Максвелла было дано примерно через 15 лет после создания теории в опытах Генриха Герца (1888 г.). Герц не только экспериментально доказал существование электромагнитных волн, но впервые начал изучать их свойства – поглощение и преломление в разных средах, отражение от металлических поверхностей и т. п. Ему удалось измерить на опыте длину волны и скорость распространения электромагнитных волн, которая оказалась равной скорости света.

Опыты Герца сыграли решающую роль для доказательства и признания электромагнитной теории Максвелла. Через семь лет после этих опытов электромагнитные волны нашли применение в беспроводной связи (А.С. Попов, 1895 г.).


7. Электромагнитные волны могут возбуждаться только ускоренно движущимися зарядами. Цепи постоянного тока, в которых носители заряда движутся с неизменной скоростью, не являются источником электромагнитных волн. В современной радиотехнике излучение электромагнитных волн производится с помощью антенн различных конструкций, в которых возбуждаются быстропеременные токи.

Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является небольшой по размерам электрический диполь, дипольный момент p (t) которого быстро изменяется во времени.

Такой элементарный диполь называют диполем Герца. В радиотехнике диполь Герца эквивалентен небольшой антенне, размер которой много меньше длины волны λ (рис. 2.6.4).

Скорость волны в вакууме

Рисунок 2.6.4.

Элементарный диполь, совершающий гармонические колебания

Рис. 2.6.5 дает представление о структуре электромагнитной волны, излучаемой таким диполем.

Скорость волны в вакууме

Рисунок 2.6.5.

Излучение элементарного диполя


Следует обратить внимание на то, что максимальный поток электромагнитной энергии излучается в плоскости, перпендикулярной оси диполя. Вдоль своей оси диполь не излучает энергии. Герц использовал элементарный диполь в качестве излучающей и приемной антенн при экспериментальном доказательстве существования электромагнитных волн.

Источник: questions-physics.ru

Скорость электромагнитной волны

Скорость волны в вакууме

В эту формулу входят фундаментальные константы ε0 и μ0, поэтому разумно вычислить величину

Скорость волны в вакууме

Так как ε0 = 8,85 · 1012 Кл2/(м2 · Н) и μ0 = 2,56 · 10-7 Н/А2, то, подставив эти значения в формулу (4.8), получаем с = 3 · 108 м/с.

Таким образом, с в формуле (4.8) есть не что иное, как скорость света в вакууме, и формулу (4.7) можно переписать в виде


Скорость волны в вакууме

где величина

Скорость волны в вакууме

называется абсолютным показателем преломления, или просто показателем преломления вещества. Осталось найти способ, позволяющий измерить скорость электромагнитной волны в разных средах.

Для этого можно измерить длину волны λ и, зная частоту генератора ν, вычислить скорость электромагнитной волны

υ = λ/T = λν (4.11)

Для измерения длины волны используем интерференцию волн.Подобный опыт мы уже делали на прошлом уроке, когда параллельно приёмному диполю располагали проводящий стержень. Вместо стержня возьмём металлический лист и расположим его параллельно излучающему диполю. Тогда на приёмном диполе будут интерферировать две электромагнитные волны: идущая непосредственно от излучающего диполя и отражённая от листа.Перемещая отражатель поступательно в направлении распространения электромагнитной волны, отметим два таких его положения, при которых яркость лампы приёмного диполя минимальна. Вспомните опыты по интерференции звука и в проделанном сейчас эксперименте найдите длину электромагнитной волны.

Расстояние между двумя положениями отражателя, при которых лампа приёмного диполя гаснет, равно половине длины электромагнитной волны. Измерения показывают, что эта величина составляет 35 см, значит, длина волны излучения генератора λ = 0,7 м. Так как частота генератора ν = 430 МГц = 4,3 · 108Гц, то скорость элетромагнитной волны в воздухе υ = λν = 3 · 108 м/с, такая же, как в вакууме! Поэтому показатель преломления воздуха n практически равен 1.


Источник: studopedia.ru

История

В XIX веке произошло несколько научных экспериментов, которые привели к открытию ряда новых явлений. Среди этих явлений – открытие Гансом Эрстедом порождения магнитной индукции электрическим током. Позже Майкл Фарадей обнаружил обратный эффект, который был назван электромагнитной индукцией.

Уравнения Джеймса Максвелла – электромагнитная природа света

В результате этих открытий было отмечено так называемое «взаимодействие на расстоянии», в результате чего новая теория электромагнетизма, сформулированная Вильгельмом Вебером, была основана на дальнодействии. Позже, Максвелл определил понятие электрического и магнитного полей, которые способны порождать друг друга, что и есть электромагнитной волной. Впоследствии Максвелл использовал в своих уравнениях так называемую «электромагнитную постоянную» — с.

К тому времени ученые уже вплотную приблизились к тому факту, что свет имеет электромагнитную природу. Физический же смысл электромагнитной постоянной – скорость распространения электромагнитных возбуждений. На удивление самого Джеймса Максвелла, измеренное значение данной постоянной в экспериментах с единичными зарядами и токами оказалось равным скорости света в вакууме.

До данного открытия человечество разделяло свет, электричество и магнетизм. Обобщение Максвелла позволило по-новому взглянуть на природу света, как на некий фрагмент электрического и магнитного полей, распространяющийся самостоятельно в пространстве.

На рисунке ниже изображена схема распространения электромагнитной волны, которой также является свет. Здесь H – вектор напряженности магнитного поля, E — вектор напряженности электрического поля. Оба вектора перпендикулярны друг другу, а также направлению распространения волны.

Схема распространения электромагнитной волны

Опыт Майкелъсона — абсолютность скорости света

Физика того времени во многом строилась с учетом принципа относительности Галилея, согласно которому законы механики выглядят одинаково в любой выбранной инерциальной системе отсчета. В то же время согласно сложению скоростей – скорость распространения должна была зависеть от скорости движения источника. Однако, в таком случае электромагнитная волна вела бы себя по-разному в зависимости от выбора системы отсчета, что нарушает принцип относительности Галилея. Таким образом, вроде бы отлично сложенная теория Максвелла находилась в шатком состоянии.

Эксперименты показали, что скорость света действительно не зависит от скорости движения источника, а значит требуется теория, которая способна объяснить столь странный факт. Лучшей теорией на то время оказалась теория «эфира» — некой среды, в которой и распространяется свет, подобно тому как распространяется звук в воздухе. Тогда бы скорость света определялась бы не скоростью движения источника, а особенностями самой среды – эфира.

Предпринималось множество экспериментов с целью обнаружения эфира, наиболее известный из которых – опыт американского физика Альберта Майкелъсона. Говоря кратко, известно, что Земля движется в космическом пространстве. Тогда логично предположить, что также она движется и через эфир, так как полная привязанность эфира к Земле – не только высшая степень эгоизма, но и попросту не может быть чем-либо вызвана. Если Земля движется через некую среду, в которой распространяется свет, то логично предположить, что здесь имеет место сложение скоростей. То есть распространение света должно зависеть от направления движения Земли, которая летит через эфир. В результате своих экспериментов Майкелъсон не обнаружил какой-либо разницей между скоростью распространения света в обе стороны от Земли.

Эфирный ветер по отношению к Земле

Данную проблему попытался решить нидерландский физик Хендрик Лоренц. Согласно его предположению, «эфирный ветер» влиял на тела таким образом, что они сокращали свои размеры в направлении своего движения. Исходя из этого предположения, как Земля, так и прибор Майкелъсона, испытывали это Лоренцево сокращение, вследствие чего Альберт Майкелъсон получил одинаковую скорость для распространения света в обоих направлениях. И хотя Лоренцу несколько удалость оттянуть момент гибели теории эфира, все же ученые чувствовали, что данная теория «притянута за уши». Так эфир должен был обладать рядом «сказочных» свойств, в числе которых невесомость и отсутствие сопротивления движущимся телам.

Конец истории эфира пришел в 1905-м году вместе с публикацией статьи «К электродинамике движущихся тел» тогда еще мало известного – Альберта Эйнштейна.

Альберт Эйнштейн

Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна

Двадцатишестилетний Альберт Эйнштейн высказывал совсем новый, иной взгляд на природу пространства и времени, который шел в разрез с тогдашними представлениями, и в особенности грубо нарушал принцип относительности Галилея. Согласно Эйнштейну, опыт Майкельсона не дал положительных результатов по той причине, что пространство и время имеют такие свойства, что скорость света есть абсолютная величина. То есть в какой бы системе отсчета не находился наблюдатель – скорость света относительно него всегда одна 300 000 км/сек. Из этого следовала невозможность применения сложения скоростей по отношению к свету – с какой бы скоростью не двигался источник света, скорость света не будет меняться (складываться или вычитаться).

Мысленный эксперимент с поездом. Абсолютность скорости света

Эйнштейн использовал Лоренцево сокращение для описания изменения параметров тел, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. Так, например, длина таких тел будет сокращаться, а их собственное время – замедляться. Коэффициент таких изменений называется Лоренц-фактор. Известная формула Эйнштейна E=mc2 на самом деле включает также Лоренц-фактор (E= ymc2), который в общем случае приравнивается к единице, в случае, когда скорость тела v равна нулю. С приближением скорости тела v к скорости света c Лоренц-фактор y устремляется к бесконечности. Из этого следует, что для того, чтобы разогнать тело до скорости света потребуется бесконечное количество энергии, а потому перейти этот предел скорости – невозможно.

В пользу данного утверждения существует также такой аргумент как «относительность одновременности».

Парадокс относительности одновременности СТО

Говоря кратко, явление относительности одновременности состоит в том, что часы, которые располагаются в разных точках пространства, могут идти «одновременно» только если они находятся в одной и той же инерциальной системе отсчета. То есть время на часах зависит от выбора системы отсчета.

Из этого же следует такой парадокс, что событие B, которое является следствием события A, может произойти одновременно с ним. Кроме того, можно выбрать системы отсчета таким образом, что событие B произойдет раньше, чем вызвавшее его событие A. Подобное явление нарушает принцип причинности, который довольно прочно укрепился в науке и ни разу не ставился под сомнение. Однако, данная гипотетическая ситуация наблюдается лишь в том случае, когда расстояние между событиями A и B больше, чем временной промежуток между ними, умноженный на «электромагнитную постоянную» — с. Таким образом, постоянная c, которой равна скорость света, является максимальной скоростью передачи информации. В противном бы случае нарушался бы принцип причинности.

Как измеряют скорость света?

Наблюдения Олаф Рёмера

Ученые античности в своем большинстве полагали, что свет движется с бесконечной скоростью, и первая оценка скорости света была получена аж в 1676-м году. Датский астроном Олаф Рёмер наблюдал за Юпитером и его спутниками. В момент, когда Земля и Юпитер оказались с противоположных сторон Солнца, затмение спутника Юпитера – Ио запаздывало на 22 минуты, по сравнению с рассчитанным временем. Единственное решение, которое нашел Олаф Рёмер – скорость света предельна. По этой причине информация о наблюдаемом событии запаздывает на 22 минуты, так как на прохождение расстояния от спутника Ио до телескопа астронома требуется некоторое время. Согласно подсчетам Рёмера скорость света составила 220 000 км/с.

Измерение скорости света Олафом Рёмером

Наблюдения Джеймса Брэдли

В 1727-м году английский астроном Джеймс Брэдли открыл явление аберрации света. Суть данного явления состоит в том, что при движении Земли вокруг Солнца, а также во время собственного вращения Земли наблюдается смещение звезд в ночном небе. Так как наблюдатель землянин и сама Земля постоянно меняют свое направление движения относительно наблюдаемой звезды, свет, излучаемый звездой, проходит различное расстояние и падает под разным углом к наблюдателю с течением времени. Ограниченность скорости света приводит к тому, что звезды на небосводе описывают эллипс в течение года. Данный эксперимент позволил Джеймсу Брэдли оценить скорость света — 308 000 км/с.

Звездная аберрация, обнаруженная Брэдли

Опыт Луи Физо

В 1849-м году французским физиком Луи Физо был поставлен лабораторный опыт по измерению скорости света. Физик установил зеркало в Париже на расстоянии 8 633 метров от источника, однако согласно расчетам Рёмера свет пройдет данное расстояние за стотысячные доли секунды. Подобная точность часов тогда была недостижима. Тогда Физо использовал зубчатое колесо, которое вращалось на пути от источника к зеркалу и от зеркала к наблюдателю, зубцы которого периодически закрывали свет. В случае, когда световой луч от источника к зеркалу проходил между зубцами, а на обратном пути попадал в зубец – физик увеличивал скорость вращения колеса вдвое. С увеличением скорости вращения колеса свет практически перестал пропадать, пока скорость вращения не дошла до 12,67 оборотов в секунду. В этот момент свет снова исчез.

Подобное наблюдение означало, что свет постоянно «натыкался» на зубцы и не успевал «проскочить» между ними. Зная скорость вращения колеса, количество зубцов и удвоенное расстояние от источника к зеркалу, Физо высчитал скорость света, которая оказалась равной 315 000 км/сек.

Схема опыта Луи Физо

Спустя год другой французский физик Леон Фуко провел похожий эксперимент, в котором вместо зубчатого колеса использовал вращающееся зеркало. Полученное ним значение скорости света в воздухе равнялось 298 000 км/с.

Спустя столетие метод Физо был усовершенствован настолько, что аналогичный эксперимент, поставленный в 1950-м году Э. Бергштрандом дал значение скорости равное 299 793,1 км/с. Данное число всего на 1 км/с расходится с нынешним значением скорости света.

Дальнейшие измерения

С возникновением лазеров и повышением точности измерительных приборов удалось снизить погрешность измерения вплоть до 1 м/с. Так в 1972-м году американские ученые использовали лазер для своих опытов. Измерив частоту и длину волны лазерного луча, им удалось получить значение – 299 792 458 м/с. Примечательно, что дальнейшее увеличение точности измерения скорости света в вакууме было нереализуемо в не в силу технического несовершенства инструментов, а из-за погрешности самого эталона метра. По этой причине в 1983-м году XVII Генеральная конференция по мерам и весам определила метр как расстояние, которое преодолевает свет в вакууме за время, равное 1 / 299 792 458 секунды.

Расстояние от Земли до Луны равняется 1,25 световых секунды

Подведем итоги

Итак, из всего вышесказанного следует, что скорость света в вакууме – фундаментальная физическая постоянная, которая фигурирует во многих фундаментальных теориях. Данная скорость абсолютна, то есть не зависит от выбора системы отсчета, а также равна предельной скорости передачи информации. С данной скоростью движутся не только электромагнитные волны (свет), но также и все безмассовые частицы. В том числе, предположительно, гравитон – частица гравитационных волн. Помимо всего прочего, в силу релятивистских эффектов собственное время для света буквально стоит.+

Подобные свойства света, в особенности неприменимость к нему принципа сложения скоростей, не укладываются в голове. Однако, множество экспериментов подтверждают перечисленные выше свойства, и ряд фундаментальных теорий строятся именно на таковой природе света.

Источник: zen.yandex.ru

В процессе эволюции у многих животных и даже у растений появились «приборы», улавливающие лучи от 300 до 900 нм, среди них глаза. Электромагнитные волны в этой области спектра стали называть светом. Правда, с 300 нм видит только пчела, это ультрафиолетовый свет. Сколько бы мы ни рассматривали мельчайшие организмы, как бы тщательно ни изучали более крупных животных и человека, специальных рецепторов, воспринимающих радиочастотные электромагнитные волны, нам не найти. Мы не ощущаем их, хотя они и влияют на общее состояние человека. Видимо, сами живые клетки становятся приемниками волн различной длины. Чем меньше длина волны, тем отчетливее реагирует на них организм. У людей, в отличие от некоторых животных, которых природа наделила прекрасными термолокаторами, нет живых «приборов» ночного видения, способных воспринимать инфракрасные лучи, идущие от всего живого, даже от растений. А вот кровососущим, к примеру, в любое время дня и ночи нужно искать и находить добычу. Для них большое значение играют не видимые лучи, а инфракрасные, позволяющие дистанционно находить тела своих будущих жертв. Самый обычный постельный клоп обнаруживает объекты, имеющие температуру тела, на расстоянии нескольких метров. Другой кровосос клещ вооружен более совершенным термолокатором. Забравшись на кончик листа дерева или куста, он поднимает передние ножки и начинает ими водить в разные стороны. На ножках можно различить округлые образования это и есть термолокаторы. Они воспринимают лучи за несколько метров от источника. Достаточно человеку высунуть голову из автомобиля, как клещ на расстоянии нескольких метров обнаруживает его и начинает двигаться в его сторону. В глубинах океана есть тоже много животных, пользующихся «приборами» ночного видения. Последние отблески света в воде гаснут на глубине 200 м, а жизнь продолжается на 10-километровой глубине. Одни существа зажигают в кромешной тьме свои биолюминесцентные «фонарики», другие предпочитают, оставаясь невидимыми, улавливать инфракрасный свет, идущий от всех живых существ. Глубоководные кальмары, кроме своих обычных глаз имеют ещё термоскопические глаза, улавливающие инфракрасные лучи. Каждый термоскопический глаз снабжён специальным светофильтром, задерживающим все лучи, кроме инфракрасных. Самое интересное то, что термоскопические глаза расположены у кальмара на хвосте. Вращая им, как головой, кальмар высматривает животных, которыми можно полакомиться. В Америке водятся чрезвычайно ядовитые гремучие змеи, а в Средней Азии щитомордники. У них на голове четыре ноздри. С каждой стороны одна нормальная, а вторая большая. Это большое углубление между глазом и ноздрей – термолокатор своеобразный глаз инфракрасная камера-обскура. Даже если её глаза закрыты, ямкоголовая змея, нанося удары по добыче, ошибается не более чем на 5 градусов. Казалось бы, термолокаторы, построенные человеком, более чувствительны, чем созданные природой. Но живой «прибор» на единицу термолоцирующей площади в несколько тысяч раз чувствительней.

Источник: resh.edu.ru

Продолжаю цикл статей, посвящённых становлению так называемой современной физики, скрывающей от нас многие истины об устройстве Природы. Начало здесь: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Сегодня читателю предлагается узнать о глобальной ошибке в теории излучения радиоволн в том числе и всеми мобильными телефонами!

Эта ошибка стала мне лично очевидной только после того, как я смог понять механизм возникновения электрического и магнитного полей. Уверен, что все другие специалисты давно бы увидели эту глобальную ошибку в теории излучения радиоволн, если бы они понимали их природу на уровне процессов, протекающих в материи, а не слепо оперировали терминами «магнитное поле», «электрическое поле», «электромагнитное поле» как догмами (как это принято в религии).

Итак, в чём же состоит эта глобальная ошибка в теории излучения радиоволн?

В 1831 году великий английский экспериментатор Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, природу которого он объяснил следующим образом.

Окрестность всякого заряженного тела пронизана электрическими силовыми линиями, которые передают «силу», и аналогично энергия магнитного поля течёт вдоль магнитных силовых линий. Эти линии не следует рассматривать как условные абстракции, они представляют собой физическую реальность. При этом: всякое изменение электрического состояния среды порождает магнитное поле, а всякое изменение магнитного состояния среды порождает электрическое поле.

С подачи Майкла Фарадея эта информация прямо тогда же широко разлетелась по миру, а последнее из написанного выше стало восприниматься всеми буквально как очевидное, потому что любой человек мог наблюдать явление электромагнитной индукции в простейших опытах с магнитом и проволочной катушкой.

Так выглядит (рисунок вверху) простейший магнитный индуктор тока, и так выглядит простейший электромагнитный индуктор тока (рисунок внизу):

В 1865 году другой английский учёный, физик и математик Джеймс Клерк Максвелл, изучив труды Фарадея, создал «теорию света», в которую в качестве постулата были введены фарадеевские слова, описывающие суть явления электромагнитной индукции, лежащей в основе действия электрического трансформатора: «всякое изменение электрического состояния среды порождает магнитное поле, а всякое изменение магнитного состояния среды порождает электрическое поле». 

Только Д.К.Максвелл в своих представлениях мысленно перенёс явление электромагнитной индукции с вещества на мировой эфир, в существование которого он верил. В нём он смог мысленно представить процесс превращения магнитного поля в электрическое, затем электрического поля в магнитное, и так далее до бесконечности… Именно такими он мысленно увидел волны видимого света и волны невидимого  света – радиоволны.

В 1887 году немецкий учёный Генрих Герц решил проверить на практике «электромагнитную теорию света» Д.К.Максвелла, для чего создал опытную установку, в которой искровые разряды вызывали импульсы тока в металлических стержнях и действительно порождали невидимые (!) радиоволны, которые фиксировались с помощью специального металлического резонатора и вторичных искровых разрядов на расстоянии нескольких метров от излучателя.

Открытие радиоволн, разумеется, потребовало теоретического объяснения их существования, вот тогда и пригодилась уже готовая теория Д.К.Максвелла, в которой было дано математическое описание явления электромагнитной индукции и дано её новое понимание: «изменяющееся во времени электрическое поле порождает в свободном пространстве вихревое магнитное поле, а вихревое магнитное поле, убывая, порождает в свободном пространстве вихревое электрическое поле, которые перемещаются в свободном пространстве со скоростью света». Смысл был такой.

Сам Генрих Герц попытался объяснить происхождение невидимых волн электромагнитной природы с помощью серии иллюстраций, позволяющих представить скрытый от наших глаз процесс волнообразования «полуволновым вибратором», таким образом:

После Герца вплоть до сегодняшнего дня в рамках существующей теории «электромагнитного поля» все так и пытаются представить процесс образования волн в антенне передатчика как процесс очень странных колебаний двух полей – электрического и магнитного. И если форма магнитного поля вокруг «диполя Герца» не выходит за пределы наших представлений о возможном, то воображаемая форма электрического поля вокруг «диполя Герца» находится уже за гранью логики и разума. Ну как можно навертеть такие «вихревые электрические поля» даже в воображении?! На  рисунке Герца протяжённость «вихревых электрических полей», убегающих прочь от излучающего диполя, уже не небольшом удалении от него многократно превышает длину самой радиоволны! Это же нонсенс!

Есть и ещё одно «недоразумение», которое объясняется в современной физике очень неуклюже. Переменные ток и напряжение в излучающем «вибраторе Герца», равно как и взаимосвязанные с ними магнитное поле, а также электрическое поле сдвинуты  относительно друг друга на четверть периода (на 90 градусов), а в приёмной антенне они фиксируются приборами как полностью совпадающие по фазе! Как такое может быть?! 

По этому поводу однажды была придумана «сказочка» для студентов, что радиоволна формируется не в самом «вибраторе Герца», а на расстоянии 5-6 длин волн от излучателя. Вот так вот! Когда я почти 30 лет назад учился на радиста, мне такую «сказочку» тоже рассказывали!

Ниже изображён горизонтальный «вибратор Герца» («полуволновой вибратор») и графики тока и электрического напряжения в его плечах. Они сдвинуты относительно друг друга на 90 градусов:

Следующий график можно увидеть на экране двухлучевого осциллографа при инструментальном замере напряжённостей электрического и магнитного полей в принимающей волны антенне.

Этот реальный колебательный процесс, происходящий в теле любой радиоприёмной антенны, уже многие десятки лет выдаётся учёными за реальную радиоволну, летящую в свободном пространстве со скоростью света. При этом никто, разумеется, не хочет объяснить бедным студентам, у которых ум за разум заходит от таких картинок и таких утверждений, как же этот синхронно происходящий процесс нарастания и убывания напряжённостей электрического и магнитного полей, может происходить где-то ещё, кроме провода приёмной антенны.

Если такой колебательный процесс и в самом деле происходит в вакууме, как утверждает современная физика, но что невозможно представить в воображении, то каким чудом после перехода энергий двух полей в ноль они могут потом из ничего буквально воскреснуть? И что, спрашивается, вынуждает такую радиоволну двигаться в вакууме вперёд, да ещё и со скоростью света, если колебания двух видов энергии (магнитной и электрической) происходят в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения?! И какая сила ограничивает скорость такой радиоволны тремястами тысячами километров в секунду? 

Современная наука ничего этого не объясняет, просто заставляет всех верить, что радиоволны именно так и выглядят и так распространяются! Прямо религия какая-то получается!

Я же скажу следующее: все эти, мягко говоря, недоразумения имеют место в современной физике исключительно оттого, что принятый догмат электромагнитного поля не предусматривает в радиоволне никаких других полей, кроме электрического и магнитного, инструментально наблюдаемых при работе закрытого колебательного контура* или обыкновенного трансформатора.

Никто, почему-то, даже не допускает мысли, что в так называемом «открытом колебательном контуре», которым является «вибратор Герца», эти два поля, вызывая в стержнях излучателя «скин-эффект» (поверхностные скоростные электрические токи), порождают ещё одну форму электромагнитного поля, имеющую продольную компоненту

Эта третья форма электромагнитного поля с продольной компонентой, порождаемая быстрыми электронами, собственно и есть излучаемая радиоволна, которую средства контроля ЭМП различают и фиксируют на фоне двух других полей обычно не ближе 5-6 длин волн от поверхности «диполя Герца»! Вот почему принято говорить, что РАДИОВОЛНА ФОРМИРУЕТСЯ на некотором отдалении от тела «полуволнового вибратора»! Ребята, где логика?! Радиоволна формируется сразу, ещё в теле антенны, её порождают непосредственно электроны, просто она маскируется двумя другими формами электромагнитного поля, очень сильными именно вблизи антенны!

Это кажется невероятным, однако, я должен заметить, что на заре становления «современной физики» учёными был совершенно выпущен из внимания (а может быть и просто проигнорирован!) тот факт, что электрический ток (который мы представляем как упорядоченное движение электронов) распространяется по проводам со скоростью света не сам по себе, а благодаря электрическому полю, которое в свою очередь имеет свойство распространятся по проводам в виде продольной волны!

Простой пример: при поступлении переменного электрического тока частотой 50 Гц от электростанции до ближайшего города через ЛЭП (через высоковольтную линию электропередачи) сами так называемые «свободные электроны» никуда не бегут, они лишь перемещаются вдоль проводов всего на несколько миллиметров то вперёд, то назад, делая такие возвратно–поступательные перемещения 50 раз в секунду, а вот электрическое поле, порождаемое генератором электростанции и синхронизирующее движение всех свободных электронов, участвующих в образовании электрического тока во всей электросети, движется по проводам со скоростью света, причём в виде продольной волны, которая не покидает пределов проводов.

Создание подобной продольной волны в так называемом «свободном пространстве», как показал эксперимент Генриха Герца, возможно в «открытом колебательном контуре», состоящем в идеале из двух металлических стержней длиною в четверть волны каждый. При этом эти стержни следует располагать в пространстве так, чтобы между ними была сведена к минимуму ёмкость, присущая плоскому конденсатору. В этом случае эти два стержня будут играть роль двух электростатических конденсаторов, на поверхности которых, при подключении к ним переменного напряжения высокой частоты, будет иметь место скоростное движение электронов, как раз и создающее «третью форму электромагнитного поля с продольной компонентой», которая и является радиоволной.

Я постарался обозначить эту проблему науки совсем коротко, но так, чтобы меня поняли даже школьники самой обычной школы. 

Почему и зачем я этого добиваюсь?

Дело в том, что Российская Академия Наук нагло игнорирует эту научную истину уже несколько десятков лет, хотя ей докладывал обо всём этом наш знаменитый академик, создатель плазменного оружия России, Римилий Фёдорович Араменко — доктор технических наук, профессор, заместитель генерального конструктора НИИ радиоприборостроения, автор более 100 научных трудов, в том числе открытия и более 40 изобретений и патентов. Более всего Р.Ф.Авраменко известен научной общественности как специалист по системам противоракетной обороны и автор системы гарантированной защиты на новых физических принципах

Из его книги «Будущее открывается квантовым ключом», известно, что:

«Эксперименты в 1973-1975 годах показали, что индукционное электрическое поле в вакууме НЕ существует: Еинд = 0 , в то время как по современным представлениям, казалось бы, в вакууме Еинд определяется известным дифференциальным уравнением Максвелла (в Гауссовой системе единиц):

Уравнения Максвелла не описывают наблюдаемую реальность! Подчеркнём, что опыты, о которых шла речь, свидетельствуют об отсутствии именно вихревого (индукционного) электрического поля и, конечно, подтверждают существование электрического поля свободных зарядов.

где (j) — скалярный потенциал поля.

Тем не менее, факт отсутствия индукционного электрического поля приводит к необходимости полного пересмотра основ современной теоретической физики, начиная от исходных понятий — движение материальных тел, сила, энергия и т.п.

Требуется полная ревизия основ электродинамики, квантовых (волновых) теорий, ядерной физики и физики элементарных частиц». (Источник. Стр. 127).

То есть, вот это утверждение Д.К.Максвелла оказалось не состоятельным: «изменяющееся во времени электрическое поле порождает в свободном пространстве вихревое магнитное поле, а вихревое магнитное поле, убывая, порождает в свободном пространстве вихревое электрическое поле, которые перемещаются в свободном пространстве со скоростью света». Как показали эксперименты советских учёных, проводимые ещё в 1973-1975 годах, в вакууме не возникает вихревое электрическое поле, а, стало быть, описанного процесса там не происходит, а имеет место совсем иной процесс! 

Это было заявлено РАН нашим выдающимся академиком ещё лет 30 назад, а издано это было в виде посмертного сборника лекций, статей и заметок Р.Ф.Авраменко 14 лет назад. Но, как говорится, «воз и ныне там!». 

Вот почему я счёл своим долгом написать статью о радиоволнах, рассчитанную не на академиков из РАН, а на самых обычных школьников и студентов! Они — наше будущее, и они имеют право знать научную истину! 

И да, не могу ещё не упомянуть и знаменитого экспериментатора Николу Тесла. Так как он видел и понимал природу, не видел тогда, наверное, никто. В 1898 году он построил первую в мире радиоуправляемую модель судна, а в 1932 году на одной из своих лекций Тесла сделал заявление: «Я показал, что универсальная среда является газообразным телом, в котором могут распространяться только продольные импульсы, создавая переменное сжатие и расширение, подобно тем, которые производятся звуковыми волнами в воздухе. Таким образом, беспроводный передатчик не производит волны Герца, которые являются мифом! Но он производит звуковые волны в эфире, поведение которых похоже на поведение звуковых волн в воздухе, за исключением того, что огромная упругость и крайне малая плотность данной среды делает их скорость равной скорости света». «Pioneer Radio Engineer Gives Views on Power», New York Herald Tribune, 11 сентября 1932 года. 

Спустя много лет продольную компоненту в электромагнитном поле откроет наш инженер, конструктор антенн и учёный Константин Петрович Харченко, создатель уникальной антенны бегущей волны ОБ-Е. После этого открытия его вердикт был таким же, как и у Р.Ф.Авраменко:  «Россияне, вы имеете фору… Не теряйте времени. Физику надо делать заново!»

Вот только пока некому у нас делать физику заново. Для этого нужны смельчаки уровня Галилео Галилея или Джордано Бруно. Да и противодействие «сверху» идёт очень сильное!

18 августа 2019 г. Мурманск. Антон Благин 

Комментарии:

Бабай: как удалось использовать радиоволны повсеместно, если люди имеют ошибочное представление о них. Расчёты учёных всегда были безошибочны, а иначе это был бы вселенский скандал!

AntonBlagin:  ой какой хороший вопрос Вы задали! Благодарю! Весь фокус в том, что все разработчики радиопередающих и радиоприёмных устройств видят в их работе только электрические и магнитные поля, связанные между собой в единую колебательную систему принципом «электромагнитной индукции». 

Причём они видят их лишь в той форме и в тех качествах, которые досконально изучены при исследовании работы любого закрытого колебательного контура или трансформатора переменного тока. На основе расчётов этого хорошо изученного колебательного процесса собственно и строятся все радиопередатчики. И это правильно, потому что эти переменные поля (магнитное и электрическое) действительно честно трудятся в любой радиопередающей антенне. 

Вот только никто почему-то не понимает, что они трудятся в радиопередающей антенне особой конструкции как «мама» и «папа», желающие зачать дитя! А «дитя» в нашем случае — это радиоволна, волновой процесс, который рождается и стартует с места своего рождения только благодаря труду «мамы» и «папы», которые оба остаются на месте, то есть в антенне и вблизи антенны.

Таким образом все расчёты учёных, разрабатывающих радиопередающие устройства, оказываются верны касательно работы электрического и магнитного полей, порождаемых в радиопередающих антеннах токами высокой частоты, поступающими в антенну из специального генератора.

Слепота же абсолютно всех наших ученых-физиков состоит только в том, что они не до конца понимают, что же происходит в антенне! Они не понимают самого механизма рождения радиоволны в антенне! Оттого они видят там только работу «магнитного и электрического полей» , и не видят, что эти поля порождают в том же самом «электромагнитном поле» своё законнорожденное «дитя» — радиоволну, распространяющуюся в свободном пространстве со скоростью света исключительно за счёт своих продольных колебаний. 

Дальше я могу уже ничего не рассказывать, выше в тексте моей статьи есть по этому поводу объяснение Николы Тесла, который ясно сказал ещё в 1932 году, что всякая радиоволна представляет собой продольные импульсы. Великий экспериментатор был абсолютно прав, но ему никто не поверил!

Источник: blagin-anton.livejournal.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.